專利名稱：任意齒差數(shù)套筒式高轉(zhuǎn)速內(nèi)燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃?xì)鈩恿︻I(lǐng)域，更具體地說，是一種任意齒差數(shù)套筒式高轉(zhuǎn)速內(nèi)燃機(jī)。
背景技術(shù)：
目前，一般的內(nèi)燃機(jī)(發(fā)動機(jī))都由機(jī)體、曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)和點(diǎn)火系統(tǒng)等組成，工作過程分吸氣、壓縮、燃燒做功、排氣四個沖程。這類內(nèi)燃機(jī)的傳動機(jī)構(gòu)使用的都是曲柄連桿機(jī)構(gòu)，通過連桿將活塞的動力傳遞給曲軸，并將活塞的往復(fù)直線運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。由于這種內(nèi)燃機(jī)是靠活塞的直線運(yùn)動和連桿的平面運(yùn)動來壓迫驅(qū)使曲軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，從而造成各運(yùn)動副之間存在著較大的摩擦，導(dǎo)致內(nèi)燃機(jī)傳動效率低。這些現(xiàn)有曲軸連桿型內(nèi)燃機(jī)還有如下主要缺點(diǎn)體積大；連桿、曲軸上的不平衡離心力較大；沖擊大，振動大；并由此引起較大的機(jī)械磨損，使內(nèi)燃機(jī)壽命縮短；結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工、制造、裝配等都比較困難；此外，一般內(nèi)燃機(jī)與變速裝置是兩個獨(dú)立的機(jī)器，通常內(nèi)燃機(jī)需另外安裝變速器用于后續(xù)變速，造成體積龐大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有曲軸連桿型內(nèi)燃機(jī)存在的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單緊湊、體積小、沖擊振動小、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、功率大、壽命長、效率高的高速四沖程內(nèi)燃機(jī)一任意齒差數(shù)套筒式高轉(zhuǎn)速內(nèi)燃機(jī)。本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是一種任意齒差數(shù)套筒式高轉(zhuǎn)速內(nèi)燃機(jī)，主要由氣缸蓋(I)、排氣門(2)、進(jìn)氣門(3)、氣缸(4)、缸體(5)、推桿(6)、活塞(7)、彈簧(8)、滾子(9)、外凸內(nèi)齒圈(10)、套筒活齒(11)、柱銷架(12)、多相激波凸輪(13)、柱銷(14 )、輸出軸(15 )及起動系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、配氣系統(tǒng)等組成。其特征在于八個氣缸(4)環(huán)形對稱均勻布置在外凸內(nèi)齒圈(10)的周圍，外凸內(nèi)多相激波凸輪式套筒傳動機(jī)構(gòu)將活塞的往復(fù)直線運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲚S(15)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動——?dú)飧谆钊?7)通過推桿(6)直接作用于外凸內(nèi)齒圈(10)上,推動外凸內(nèi)齒圈(10)旋轉(zhuǎn),動力由外凸內(nèi)齒圈(10)經(jīng)多相外凸輪式套筒活齒傳動傳給與多相激波凸輪(13)鍵聯(lián)接的輸出軸(15)輸出。在上述技術(shù)方案中，外凸內(nèi)多相激波凸輪式套筒傳動機(jī)構(gòu)由凸輪機(jī)構(gòu)和多相外凸輪式套筒活齒傳動機(jī)構(gòu)有機(jī)的組合而成。其中，凸輪機(jī)構(gòu)由缸體(5)、活塞(7)、彈簧(8)、推桿(6)、外凸內(nèi)齒圈(10)、滾子(9)組成，推桿(6)的一端與活塞(7)固定聯(lián)接，另一端安裝滾子(9)，滾子(9)使推桿(6)與外凸內(nèi)齒圈(10)之間為滾動摩擦聯(lián)接，彈簧(8)的一端固定在活塞(7)下面，另一端固定在氣缸下部的凸臺上，彈簧(8)使推桿上的滾子(9)始終與外凸內(nèi)齒圈(10 )接觸，每個氣缸都配有活塞、帶滾子的推桿及彈簧。
多相外凸輪式套筒活齒傳動機(jī)構(gòu)由外凸內(nèi)齒圈(10)、套筒活齒(11)、柱銷架(12)、多相激波凸輪(13)、柱銷(14)和輸出軸(15)組成，外凸內(nèi)齒圈(10)的外表面是四相凸輪輪廓，內(nèi)部是多相外凸輪式套筒活齒傳動機(jī)構(gòu)中的內(nèi)齒圈齒形面，故外凸內(nèi)齒圈(10)既是凸輪機(jī)構(gòu)中的凸輪，又是多相外凸輪式套筒活齒傳動機(jī)構(gòu)中的內(nèi)齒圈，整個多相外凸輪式套筒活齒傳動機(jī)構(gòu)內(nèi)置于外凸內(nèi)齒圈(10)的內(nèi)部，夕卜凸內(nèi)齒圈(10)將內(nèi)燃機(jī)和多相外凸輪式套筒活齒傳動有機(jī)地合二為一，使內(nèi)燃機(jī)無需再配備變速器即可高速輸出。多相外凸輪
(13)是具有三個互成120°夾角且軸心對稱的凸出部分的三相凸輪，自身質(zhì)量完全平衡，其輪廓曲線為余弦曲線。外凸內(nèi)齒圈(10)的外表面凸輪輪廓曲線可以根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)需要選定，以獲得最佳的動力學(xué)性能，提高內(nèi)燃機(jī)的能量轉(zhuǎn)換效率。輸出軸(15)、外凸內(nèi)齒圈(10)、柱銷架(12)和多相激波凸輪(13)等零件的軸心線重合并由機(jī)架軸承支承。套筒活齒的齒數(shù)Z11和外凸內(nèi)齒圈(10)的波數(shù)Zltl相差為3,柱銷架(12)與機(jī)架固聯(lián),多相激波凸輪(13)與輸出軸
(15)鍵聯(lián)接，套筒活齒(11)是圓柱形空心套筒，柱銷架(12)的周向均布并固定有若干個柱銷(14)，套筒活齒(11)套裝在柱銷架(12)上的周向均布的柱銷(14)上，套筒活齒(11)的內(nèi)圓柱面與柱銷架(12)上均布柱銷(14)的外圓柱面嚙合，套筒活齒(11)的外圓柱面與多相激波凸輪(13)的外表面、外凸內(nèi)齒圈(10)分別相嚙合各形成一個高副。在上述技術(shù)方案中，外凸內(nèi)齒圈(10)的外部為具有四個互成90°夾角且軸心對稱的凸出部分的四相凸輪，八個氣缸(4)環(huán)形對稱均布在外凸內(nèi)齒圈(10)的周圍,其中任意兩個相隔180°對稱布置的氣缸活塞(7)工作狀態(tài)同步，將工作狀態(tài)同步的兩個氣缸活塞作為一組，四組氣缸活塞依次進(jìn)行吸氣沖程、壓縮沖程、氣體燃燒做功沖程和排氣沖程，相鄰兩組氣缸的活塞沖程進(jìn)程對應(yīng)于外凸內(nèi)齒圈(10)轉(zhuǎn)角的相位差為45°。氣缸活塞通過推桿(6)直接作用于外凸內(nèi)齒圈(10)上,推動外凸內(nèi)齒圈(10)旋轉(zhuǎn),夕卜凸內(nèi)齒圈
(10)的內(nèi)齒圈齒形面推動套筒活齒(11)繞固定在柱銷架(12)上的均布柱銷轉(zhuǎn)動，而柱銷架(12)與機(jī)架固定聯(lián)接，故套筒活齒在柱銷架的約束作用下迫使多相激波凸輪(13)高速轉(zhuǎn)動，多相激波凸輪(13)通過鍵聯(lián)接將動力傳遞給輸出軸(15)實(shí)現(xiàn)高速輸出。輸出軸的轉(zhuǎn)速取決于外凸內(nèi)齒圈的轉(zhuǎn)速和多相外凸輪式套筒活齒傳動的傳動比，而適當(dāng)選擇多相外凸輪式套筒活齒傳動的配齒方案，可獲得較小的傳動比，可以實(shí)現(xiàn)高速輸出。在多相外凸輪式套筒活齒傳動中，外凸內(nèi)齒圈(10)與套筒活齒(11)為多齒嚙合，故可實(shí)現(xiàn)較大功率，平穩(wěn)傳動。與已有技術(shù)相比本發(fā)明的主要發(fā)明點(diǎn)在于。①八個氣缸環(huán)形對稱均布在外凸內(nèi)齒圈周圍，氣缸活塞通過推桿直接作用于外凸內(nèi)齒圈上，動力由外凸內(nèi)齒圈經(jīng)多相外凸輪式套筒活齒傳動傳給輸出軸輸出。②外凸內(nèi)齒圈的外部為具有四個互成90°夾角凸出部分的四相凸輪，而內(nèi)部為多相外凸輪式套筒活齒傳動的內(nèi)齒圈齒形面結(jié)構(gòu)，將多相外凸輪式套筒活齒傳動機(jī)構(gòu)內(nèi)置于凸輪機(jī)構(gòu)的凸輪中，使凸輪機(jī)構(gòu)中的凸輪和多相外凸輪式套筒活齒傳動機(jī)構(gòu)中的內(nèi)齒圈合二為一，得到外凸內(nèi)多相激波凸輪式套筒傳動機(jī)構(gòu)，并用該新機(jī)構(gòu)取代現(xiàn)有曲軸連桿型內(nèi)燃機(jī)中的曲柄連桿機(jī)構(gòu)，將活齒傳動技術(shù)引入內(nèi)燃機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，不但徹底去除了曲軸和連桿，而且將內(nèi)燃機(jī)與變速裝置(增速器)合二為一，得到了一種結(jié)構(gòu)緊湊、小巧的新型高轉(zhuǎn)速動力機(jī)器，與曲軸連桿型內(nèi)燃機(jī)相比，本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)軸向尺寸大大減小，且在相同轉(zhuǎn)速要求下，有害氣體的排放大大減小。③內(nèi)燃機(jī)的動力輸出軸為與多相激波凸輪鍵聯(lián)接的輸出軸，多相外凸輪式套筒活齒傳動由外凸內(nèi)齒圈輸入動力，柱銷架固定，多相激波凸輪輸出，可以實(shí)現(xiàn)較小的傳動比，內(nèi)燃機(jī)高速輸出動力。
④套筒活齒是圓柱形空心套筒，柱銷架的周向均布并固定有若干個柱銷，套筒活齒套裝在柱銷架上的周向均布的柱銷上，套筒活齒的內(nèi)圓柱面與柱銷架上均布柱銷的外圓柱面嚙合，套筒活齒的外圓柱面與外凸內(nèi)齒圈和多相激波凸輪分別相嚙合形成高副。⑤輸出軸轉(zhuǎn)速取決于多相外凸輪式套筒活齒傳動的傳動比，而適當(dāng)選擇多相外凸輪式套筒活齒傳動的配齒方案，可獲得較小的傳動比，且激波器為多相激波凸輪，套筒活齒的齒數(shù)Z11和外凸內(nèi)齒圈的波數(shù)Zltl相差為3，不需偏心安裝，整個機(jī)構(gòu)受力自平衡。⑥多相外凸輪式套筒活齒傳動中，外凸內(nèi)齒圈與套筒活齒為多齒嚙合，故可實(shí)現(xiàn)較大功率、平穩(wěn)傳動。⑦多相外凸輪是具有三個互成120°夾角且軸心對稱的凸出部分的三相凸輪，自身質(zhì)量完全平衡。本發(fā)明與現(xiàn)有曲軸連桿型內(nèi)燃機(jī)相比，具有以下有益的技術(shù)效果。1.沖擊振動小、噪聲小、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)
由于本發(fā)明采用外凸內(nèi)多相激波凸輪式套筒傳動機(jī)構(gòu)取代了現(xiàn)有曲軸連桿型內(nèi)燃機(jī)中的曲柄連桿機(jī)構(gòu)，徹底取消了曲軸和連桿，外凸內(nèi)齒圈和多相外凸輪式套筒活齒傳動機(jī)構(gòu)都是軸對稱結(jié)構(gòu)，沒有偏心質(zhì)量和不平衡離心力，消除了因曲軸質(zhì)量偏心、連桿作平面運(yùn)動引起的慣性力和傾覆力矩以及由此產(chǎn)生的沖擊振動和噪聲，消除了連桿偏擺導(dǎo)致活塞拍擊氣缸壁造成的振動和噪聲；八個氣缸環(huán)形對稱均布在外凸內(nèi)齒圈周圍，其中任意兩個相隔180°對稱布置的氣缸活塞工作狀態(tài)同步，即或同時吸氣、或同時壓縮、或同時氣體燃燒做功、或同時排氣，因此，沖擊力總是成對的出現(xiàn)，可以相互抵消，使外凸內(nèi)齒圈受合力為零，故沖擊振動較小，因而內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)。2.結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、軸向尺寸小
由于取消了笨重復(fù)雜的曲軸，各氣缸環(huán)形對稱均布在外凸內(nèi)齒圈周圍，而且多相外凸輪式套筒活齒傳動機(jī)構(gòu)內(nèi)置于外凸內(nèi)齒圈中，外凸內(nèi)齒圈既是凸輪機(jī)構(gòu)中的凸輪，又是多相外凸輪式套筒活齒傳動機(jī)構(gòu)中的內(nèi)齒圈，所以本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、軸向尺寸小、體積小、重量輕；本發(fā)明采用外凸內(nèi)多相激波凸輪式套筒傳動機(jī)構(gòu)輸出活塞產(chǎn)生的動力，將內(nèi)燃機(jī)與變速裝置(增速器)合二為一，無需另配變速裝置，結(jié)構(gòu)大大縮減，所以結(jié)構(gòu)緊湊、小巧。3.傳動比較小，整機(jī)一體化增速，高轉(zhuǎn)速輸出
本內(nèi)燃機(jī)的動力輸出軸為與多相激波凸輪鍵聯(lián)接的輸出軸，多相外凸輪式套筒活齒傳動以外凸內(nèi)齒圈輸入動力，柱銷架固定，多相激波凸輪輸出，適當(dāng)選擇配齒方案，可以實(shí)現(xiàn)較小的傳動比，而且仍然保持結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量小、體積小等諸多優(yōu)點(diǎn)。內(nèi)燃機(jī)高速輸出動力，可廣泛應(yīng)用于需高轉(zhuǎn)速的領(lǐng)域，諸如直升機(jī)發(fā)動機(jī)、小型發(fā)電機(jī)等。較高的轉(zhuǎn)速輸出，在需求轉(zhuǎn)速一定的時候，可大大減少有害氣體的排放，達(dá)到節(jié)能減排的目的。4.摩擦磨損小、受力自平衡、油耗低、效率高、壽命長
因?yàn)榛钊尿?qū)動力通過推桿滾子直接傳遞給外凸內(nèi)齒圈后經(jīng)多相外凸輪式套筒活齒傳動傳給輸出軸輸出?；钊茥U與外凸內(nèi)齒圈之間為滾動摩擦聯(lián)接，傳動效率高，取消了磨損嚴(yán)重、摩擦功耗大的曲柄連桿機(jī)構(gòu)。多相外凸輪式套筒活齒傳動為多齒嚙合、承載能力較大，傳動效率高，因多齒同時嚙合，輸出剛度大，傳動也更加平穩(wěn)可靠。同時多相激波凸輪可以實(shí)現(xiàn)激波并保證其自身及內(nèi)部活齒的受力自動平衡，在傳動裝置中不存在一齒差活齒傳動中因偏心安裝激波器而存在的慣性力、激振力和傾覆力矩等，從傳動原理上避免了傳動裝置的振動激勵，從而有利于提高傳動的效率，其效率值可達(dá)O. 9以上。機(jī)械摩擦磨損也較小，油耗低，內(nèi)燃機(jī)壽命較長。5.具有良好的經(jīng)濟(jì)性、動力性和排放指標(biāo)
由于活塞的運(yùn)動規(guī)律完全取決于外凸內(nèi)齒圈的外部輪廓曲線，所以可通過選取恰當(dāng)?shù)幕钊\(yùn)動規(guī)律來設(shè)計(jì)凸輪輪廓，而恰當(dāng)?shù)幕钊\(yùn)動規(guī)律應(yīng)當(dāng)使氣缸中的氣體燃燒充分、完善、燃料熱能利用率高，因此，本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)具有良好的動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放指標(biāo)，可達(dá)到節(jié)能環(huán)保和提聞機(jī)器效率的目的。6.結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好、生產(chǎn)成本低
本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)中的零件結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好、生產(chǎn)成本低，徹底取消了結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工制造困難的曲軸和連桿。7.承載能力較大,轉(zhuǎn)速平穩(wěn)
多相外凸輪式套筒活齒傳動為多齒嚙合，傳動平穩(wěn)，套筒活齒可共同分擔(dān)載荷實(shí)現(xiàn)功率分流。故內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，抵抗沖擊和振動的能力較強(qiáng)，承載能力大。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。但要特別指出的是，本發(fā)明的具體實(shí)施方式
不限于下面實(shí)施例所描述的形式，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動的情況下，還可很容易地設(shè)計(jì)出其他的具體實(shí)施方式
，因此不應(yīng)將下面給出的具體實(shí)施方式
的實(shí)施例理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍，將本發(fā)明的保護(hù)范圍限制在所給出的實(shí)施例。圖1是任意齒差數(shù)套筒式高轉(zhuǎn)速內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是外凸內(nèi)齒圈及多相外凸輪式套筒活齒傳動機(jī)構(gòu)的示意圖。上述各附圖中圖識標(biāo)號的標(biāo)識對象是1氣缸蓋、2排氣門、3進(jìn)氣門、4氣缸、5缸體、6推桿、7活塞、8彈簧、9滾子、10外凸內(nèi)齒圈、11套筒活齒、12柱銷架、13多相激波凸輪、14柱銷、15輸出軸。
具體實(shí)施例圖1，圖2所示任意齒差數(shù)套筒式高轉(zhuǎn)速內(nèi)燃機(jī)，由氣缸蓋(I)、排氣門(2)、進(jìn)氣門
(3)、氣缸(4)、缸體(5)、推桿(6)、活塞(7)、彈簧(8)、滾子(9)、外凸內(nèi)齒圈(10)、套筒活齒
(11)、柱銷架(12)、多相激波凸輪(13)、柱銷(14)、輸出軸(15)等組成。八個氣缸(4)軸心對稱地環(huán)形均布在外凸內(nèi)齒圈(10)的周圍,相鄰兩個氣缸的夾角為45°。每個氣缸(4)中有一個活塞(7)，推桿(6)的一端與活塞(7)固結(jié)在一起，另一端裝有滾子(9)，滾子(9)使推桿(6)與外凸內(nèi)齒圈(10)之間的聯(lián)接為滾動摩擦聯(lián)接，彈簧(8)的一端固定在活塞(7)底部，另一端固定在氣缸(4)下部的凸臺上，彈簧(8)的作用是使推桿(6)上的滾子(9)始終與外凸內(nèi)齒圈(10)接觸。外凸內(nèi)齒圈(10)的外部是具有互成90°夾角且軸心對稱的四個凸出部分的四相凸輪，內(nèi)部是內(nèi)齒圈齒形面。外凸內(nèi)齒圈(10)將凸輪機(jī)構(gòu)和多相外凸輪式套筒活齒傳動機(jī)構(gòu)有機(jī)的結(jié)合為一體。外凸內(nèi)齒圈(10)既是凸輪機(jī)構(gòu)中的凸輪，又是多相外凸輪式套筒活齒傳動機(jī)構(gòu)中的內(nèi)齒圈，整個多相外凸輪式套筒活齒傳動機(jī)構(gòu)內(nèi)嵌于外凸內(nèi)齒圈(10)的內(nèi)部。多相外凸輪(13)是具有三個互成120°夾角且軸心對稱的凸出部分的三相凸輪，自身質(zhì)量完全平衡，本實(shí)施例中采用余弦曲線為多相外凸輪(13)的輪廓曲線。多相外凸輪式套筒活齒傳動機(jī)構(gòu)由外凸內(nèi)齒圈(10 )、套筒活齒(11)、柱銷架(12 )、多相激波凸輪(13)、柱銷(14)、輸出軸(15)組成。套筒活齒(11)是圓柱形空心套筒，柱銷架
(12)的周向均布并固定有若干個柱銷(14)，套筒活齒(11)套裝在柱銷架(12)上的周向均布的柱銷(14 )上，套筒活齒(11)的內(nèi)圓柱面與柱銷架(12 )上均布柱銷的外圓柱面嚙合，套筒活齒(11)的外圓柱面與外凸內(nèi)齒圈(10)的內(nèi)表面、多相激波凸輪(13)分別相嚙合形成高副。因此本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)不僅有多相外凸輪式套筒活齒傳動的一系列優(yōu)點(diǎn)，而且結(jié)構(gòu)非常緊湊。外凸內(nèi)齒圈(10)的外表面凸輪輪廓曲線可按需要選取不同的曲線。本實(shí)施例按活塞(7)作余弦加速度運(yùn)動規(guī)律來確定凸輪輪廓曲線，即當(dāng)外凸內(nèi)齒圈(10)勻速轉(zhuǎn)動時，活塞(7)按余弦加速度運(yùn)動規(guī)律作往復(fù)直線運(yùn)動，其運(yùn)動周期為外凸內(nèi)齒圈(10)旋轉(zhuǎn)周期的四分之一。本實(shí)施例內(nèi)燃機(jī)的動力輸出軸為與多相激波凸輪鍵聯(lián)接的輸出軸(15)，多相外凸輪式套筒活齒傳動以外凸內(nèi)齒圈輸入動力，柱銷架固定，多相激波凸輪輸出，可以實(shí)現(xiàn)較大的傳動比，內(nèi)燃機(jī)可高速輸出動力。本發(fā)明所述內(nèi)燃機(jī)的工作原理是當(dāng)內(nèi)燃機(jī)工作時，氣體燃燒做功汽缸中的活塞
(7)，其驅(qū)動力通過推桿(6)及滾子(9)作用于外凸內(nèi)齒圈(10)上，推動外凸內(nèi)齒圈(10)逆時針旋轉(zhuǎn)，動力由外凸內(nèi)齒圈(10)經(jīng)多相外凸輪式套筒活齒傳動機(jī)構(gòu)傳給輸出軸(15)輸出；由于外凸內(nèi)齒圈(10)的旋轉(zhuǎn)，滾子(9)沿著外凸內(nèi)齒圈(10)的輪廓滾動而使推桿(6)和沒有做功的活塞(7)在氣缸(4)內(nèi)滑動，完成吸氣、或壓縮氣體、或排氣的任務(wù)。在圖1中，將氣缸a和e、b和f、c和g、d和h各作為一 組,則可分為四組氣缸。設(shè)氣缸a、e中的活塞處于吸氣沖程的開始位置，氣缸b、f中的活塞處于壓縮沖程的開始位置，氣缸C、g中的活塞處于氣體燃燒做功沖程的開始位置，氣缸d、h中的活塞處于排氣沖程的開始位置，相鄰兩組氣缸活塞的沖程進(jìn)程相差一個沖程，對應(yīng)于外凸內(nèi)齒圈(10)轉(zhuǎn)角的相位差為45° ;則外凸內(nèi)齒圈(10)逆時針轉(zhuǎn)過45°以后，氣缸b、f又開始燃燒做功，外凸內(nèi)齒圈再逆時針轉(zhuǎn)過45°之后，氣缸a、e又開始燃燒做功，氣缸a、e燃燒做功完成以后接著是氣缸d、h開始燃燒做功，之后又輪到氣缸c和g燃燒做功，如此循環(huán)下去，使外凸內(nèi)齒圈(10)連續(xù)平穩(wěn)地運(yùn)轉(zhuǎn)，外凸內(nèi)齒圈(10)的內(nèi)齒圈齒形面推動套筒活齒(11)繞柱銷架(12)上的柱銷(14)滑轉(zhuǎn)，在柱銷架(12)的約束作用下迫使套筒活齒(11)的外圓柱表面與多相激波凸輪(13)嚙合，驅(qū)動多相激波凸輪(13)轉(zhuǎn)動，并由與多相激波凸輪(13)鍵聯(lián)接的輸出軸(15)連續(xù)平穩(wěn)地將動力和運(yùn)動輸出。由于每組氣缸中的兩個氣缸相隔180°對稱布置,并且工作狀態(tài)隨時相同，所以八個活塞(7)對外凸內(nèi)齒圈(10)的綜合作用效果是外凸內(nèi)齒圈(10)只受純力偶的作用，而合力為零。由于外凸內(nèi)齒圈(10)和多相外凸輪式套筒活齒傳動機(jī)構(gòu)不僅具有結(jié)構(gòu)對稱性，而且受力也是對稱的，故它們所受合力為零，只受力偶作用。因此本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)的沖擊振動小，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。該任意齒差數(shù)套筒式高轉(zhuǎn)速內(nèi)燃機(jī)的變速原理實(shí)施例設(shè)套筒活齒(11)的齒數(shù)為Zn=8 ;外凸內(nèi)齒圈(10)的波數(shù)為Zltl=Il,外凸內(nèi)齒圈(10)的轉(zhuǎn)速為n10=600r/mino柱銷
架(12)與機(jī)架固定連接(> = 0)，則多相外凸輪式套筒活齒傳動的傳動比為
_ Zta -Z11 _ 11-8 _ 3
Z1011 11 所以得n15= n13=2200r/min，可見多相激波凸輪(13)、輸出軸(15)的轉(zhuǎn)向與外凸內(nèi)齒圈(10)的相同，但輸出軸(15)的轉(zhuǎn)速相對于外凸內(nèi)齒圈(10)的轉(zhuǎn)速有很大程度的提高，內(nèi)燃機(jī)不需要額外添加變速器就可實(shí)現(xiàn)高速輸出動力。這種特性可廣泛應(yīng)用于需高轉(zhuǎn)速的領(lǐng)域，諸如直升機(jī)發(fā)動機(jī)、小型發(fā)電機(jī)等，輸出轉(zhuǎn)速一定時，可減少有害氣體的排放，達(dá)到節(jié)能減排的目的。本實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)還設(shè)置有起動系統(tǒng)、配氣系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、供油系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)
坐寸ο
權(quán)利要求
1.任意齒差數(shù)套筒式高轉(zhuǎn)速內(nèi)燃機(jī)，主要由氣缸蓋(I)、排氣門(2)、進(jìn)氣門(3)、氣缸(4)、缸體(5)、推桿(6)、活塞(7)、彈簧(8)、滾子(9)、外凸內(nèi)齒圈(10)、套筒活齒(11)、柱銷架(12)、多相激波凸輪(13)、柱銷(14)、輸出軸(15)及供油系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、起動系統(tǒng)、配氣系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)組成，其特征在于八個氣缸(4)環(huán)形對稱均布在外凸內(nèi)齒圈(10)的周圍，外凸內(nèi)多相激波凸輪式套筒傳動機(jī)構(gòu)將活塞(7)的往復(fù)直線運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲚S(15)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動-氣缸活塞(7)通過推桿(6)直接作用于外凸內(nèi)齒圈(10)上,推動外凸內(nèi)齒圈(10)旋轉(zhuǎn)，動力由外凸內(nèi)齒圈經(jīng)多相外凸輪式套筒活齒傳動傳給與多相激波凸輪(13)鍵聯(lián)接的輸出軸(15)輸出，外凸內(nèi)齒圈(10)將內(nèi)燃機(jī)和多相外凸輪式套筒活齒傳動有機(jī)地融為一體，使內(nèi)燃機(jī)無需再配備變速器，高速輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的任意齒差數(shù)套筒式高轉(zhuǎn)速內(nèi)燃機(jī)，其特征在于上述外凸內(nèi)多相激波凸輪式套筒傳動機(jī)構(gòu)由凸輪機(jī)構(gòu)和多相外凸輪式套筒活齒傳動機(jī)構(gòu)有機(jī)的組合而成，其中凸輪機(jī)構(gòu)由缸體(5)、彈簧(8)、推桿(6)、外凸內(nèi)齒圈(10)組成,推桿(6)的一端與活塞(7)固定聯(lián)接，另一端安裝滾子(9)，滾子(9)使推桿(6)與外凸內(nèi)齒圈(10)之間為滾動摩擦聯(lián)接，彈簧(8)使推桿(6)上的滾子(9)始終與外凸內(nèi)齒圈(10)接觸；多相外凸輪式套筒活齒傳動機(jī)構(gòu)由外凸內(nèi)齒圈(10)、套筒活齒(11)、柱銷架(12)、多相激波凸輪(13)、柱銷(14)和輸出軸(15)組成，且外凸內(nèi)齒圈(10)、柱銷架(12)、多相激波凸輪(13)、輸出軸(15)的軸心線重合并由機(jī)架軸承支承，柱銷架(12)與機(jī)架固聯(lián)，外凸內(nèi)齒圈(10)的波數(shù)Zki和套筒活齒的齒數(shù)Z11相差為3，多相激波凸輪(13)與輸出軸(15)鍵聯(lián)接，套筒活齒(11)是圓柱形空心套筒，柱銷架(12)的周向均布并固定有若干個柱銷(14)，套筒活齒(11)套裝在柱銷架(12)上的周向均布的柱銷上，套筒活齒(11)的內(nèi)圓柱面與柱銷架(12)上均布柱銷的外圓柱面嚙合，套筒活齒(11)的外圓柱面與多相激波凸輪(13)的外表面、外凸內(nèi)齒圈(10)分別相嚙合各形成一個高副。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的任意齒差數(shù)套筒式高轉(zhuǎn)速內(nèi)燃機(jī)，其特征在于上述外凸內(nèi)齒圈(10)的外部是具有四個互成90°夾角且軸心對稱的凸出部分的四相凸輪，內(nèi)部是多相外凸輪式套筒活齒傳動中的內(nèi)齒圈齒形面，所以外凸內(nèi)齒圈(10)既是凸輪機(jī)構(gòu)中的凸輪，又是多相外凸輪式套筒活齒傳動機(jī)構(gòu)中的內(nèi)齒圈，整個多相外凸輪式套筒活齒傳動機(jī)構(gòu)內(nèi)嵌于外凸內(nèi)齒圈(10)的內(nèi)部；多相外凸輪(13)是具有三個互成120°夾角且軸心對稱的凸出部分的三相凸輪，自身質(zhì)量完全平衡，其輪廓曲線為余弦曲線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3所述的任意齒差數(shù)套筒式高轉(zhuǎn)速內(nèi)燃機(jī)，其特征在于輸出軸的轉(zhuǎn)速取決于外凸內(nèi)齒圈的轉(zhuǎn)速和多相外凸輪式套筒活齒傳動的傳動比，而適當(dāng)選擇多相外凸輪式套筒活齒傳動的配齒方案，可獲得較小的傳動比，可以實(shí)現(xiàn)高速輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4所述的任意齒差數(shù)套筒式高轉(zhuǎn)速內(nèi)燃機(jī)，其特征在于上述的內(nèi)燃機(jī)，其八個氣缸(4)環(huán)形對稱均布在外凸內(nèi)齒圈(10)的周圍，其中任意兩個相隔180°對稱布置的氣缸活塞(7)工作狀態(tài)同步，將工作狀態(tài)同步的兩個氣缸活塞作為一組，四組氣缸活塞依次進(jìn)行吸氣沖程、壓縮沖程、氣體燃燒做功沖程和排氣沖程，相鄰兩組氣缸的活塞沖程進(jìn)程對應(yīng)于外凸內(nèi)齒圈(10 )轉(zhuǎn)角的相位差為45 ° ;氣缸活塞(7 )通過推桿(6 )直接作用于外凸內(nèi)齒圈(10)上,推動外凸內(nèi)齒圈(10)旋轉(zhuǎn),夕卜凸內(nèi)齒圈(10)的內(nèi)齒圈齒形面推動套筒活齒(11)繞固定在柱銷架(12)上的均布柱銷轉(zhuǎn)動，而柱銷架(12)與機(jī)架固定聯(lián)接，故套筒活齒在柱銷架的約束作用下迫使多相激波凸輪(13)高速轉(zhuǎn)動，多相激波凸輪(13)通過鍵聯(lián)接將動力傳遞給輸出軸(15)實(shí)現(xiàn)高速輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5所述的任意齒差數(shù)套筒式高轉(zhuǎn)速內(nèi)燃機(jī)，其特征在于在多相外凸輪式套筒活齒傳動中，外凸內(nèi)齒圈與套筒活齒為多齒嚙合，故可實(shí)現(xiàn)較大功率，平穩(wěn)傳動。
全文摘要
任意齒差數(shù)套筒式高轉(zhuǎn)速內(nèi)燃機(jī)，涉及燃?xì)鈩恿︻I(lǐng)域。本發(fā)明提供一種新型內(nèi)燃機(jī)，八個氣缸環(huán)形對稱均布在外凸內(nèi)齒圈周圍，使外凸內(nèi)齒圈受合力為零，氣缸活塞通過推桿直接作用于外凸內(nèi)齒圈上，動力由外凸內(nèi)齒圈經(jīng)多相外凸輪式套筒活齒傳動傳給與多相激波凸輪鍵聯(lián)接的輸出軸。該內(nèi)燃機(jī)省去了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)中的連桿和曲軸，其外凸內(nèi)多相激波凸輪式套筒傳動機(jī)構(gòu)沒有偏心質(zhì)量、具有慣性力及工作載荷自平衡的特點(diǎn)，輸出軸轉(zhuǎn)速取決于活齒傳動的傳動比，若柱銷架固定，則多相激波凸輪高速輸出，可廣泛應(yīng)用于高轉(zhuǎn)速的領(lǐng)域，諸如直升機(jī)發(fā)動機(jī)、小型發(fā)電機(jī)等，輸出轉(zhuǎn)速一定時，可減少有害氣體的排放。該內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)簡單緊湊、軸向尺寸小，受力自平衡，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。
文檔編號F16H37/12GK103061878SQ20131001963
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月21日
發(fā)明者梁尚明, 賀飛飛, 黎磊 申請人:四川大學(xué)